بررسي تجربي و شبيه سازي CFD اختلاط در يك راكتور همزن دار مجهز به اسپارجر گاز

كارشاسي ارشد

اختلاط يك از فرآيندهاي مهم است كه در بسياري از صنايع بطور موثر حضور دارد. از جمله موارد پركاربرد اختلاط، استفاده در صنايع دارويي بصورت راكتور همزن¬دار مي¬باشد. با توجه به گستردگي كاربرد اين مخازن و با در نظر گرفتن اينكه طراحي اين¬گونه از مخازن بارها مورد بررسي قرار گرفته است، لذا با داشتن مشخصاتي همچون پروفايل سرعت، پارامترهاي آشفتگي، توزيع هوا و غيره مي¬توان در استفاده بهينه از اين راكتورها اقدام نمود. هدف از اين پژوهش، شبيه¬سازي CFD اين راكتورها مي¬باشد. در اين پژوهش از مدل قاب چرخان و مش متحرك براي شبيه¬سازي راكتور استفاده شده است. ابتدا بروي يك راكتور تك پره¬اي در پژوهش وو-پاترسون، مطالعات اوليه انجام و مناسب¬ترين مدل اغتشاشي براي اين مدل مخازن همزن¬دار با توجه به توان محاسباتي و كاهش زمان محاسباتي انتخاب شد. ارتفاع و قطر مدل قاب چرخان انتخاب شده 6/1 قطر پره انتخاب شد. سپس پارامتر توان راكتور و الگوي جريان بررسي شد. بهترين مدل اغتشاشي RNG k-ε انتخاب شد. در قسمت بعدي پژوهش از يك راكتور دو پره¬اي همراه با اسپارجر گاز استفاده شد. ابتدا توان و زمان اختلاط بصورت آزمايشگاهي با استفاده از ميكسر و pH meter محاسبه شد. در حالت بدون هوادهي با افزايش دور پره توان كلي راكتور افزايشي، اما زمان اختلاط كاهشي بود. در حالت هوادهي توان كلي راكتور با افزايش دبي اسپارجر كاهشي و زمان اختلاط افزايش و پس از مدتي ثابت شد. سپس اقدام به شبيه¬سازي¬ بروي راكتور شد. نتايج بدست آمده شبيه¬سازي با كار آزمايشگاهي صحت سنجي شد. از جمله پارامترهاي مورد بررسي توان و زمان اختلاط بود. عدد توان تقريبي حدوداً برابر 7 انتخاب شد. سپس اقدام به راه¬اندازي اسپارجر شده و دوباره پارامترهاي توان مصرفي گازي و زمان اختلاط مورد بررسي قرار گرفت. با افزايش دبي اسپارجر توان مصرفي راكتور كاهش يافت. عدد توان به همين منوال با توجه به عدد هوادهي200 و 500 و 1000 و 1500 ميلي¬ليتر بر دقيقه به ترتيب 5/5 و 5 و 8/4 و 5/4 است. با افزايش دبي اسپارجر زمان اختلاط افزايش يافت، بطوريگه در دور چرخشي 200 دور بر دقيقه با افزايش عدد هوادهي تا 03/0 ، زمان اختلاط افزايشي و پس از آن با افزايش عدد هوادهي اين مقدار ثابت ماند. از ديگر موارد بررسي شده الگوهاي قرارگيري پره در راكتور بود. سه الگوي جمع¬شده و موازي و جداشده بررسي شد. در قسمت محاسبه توان آنچه كه مشهود شد، الگوي جمع¬شده كمترين توان مصرفي، سپس الگوي جداشده و در نهايت الگوي موازي بيشتري توان مصرفي را دارا بود. در ارتباط با زمان اختلاط نيز كمترين زمان اختلاط مربوط به الگوي جمع-شده و پس از موازي و در نهايت الگوي جداشده بيشترين زمان اختلاط را داشت. واژه‌هاي كليدي: راكتور همزن¬دار، قاب چرخان چندتايي(MRF)، مدل اغتشاشي، اختلاط

193133

دانشگاه علم و صنعت ايران

طراحي فرآِيند

دكتر سيد حسن هاشم آبادي